沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica Litv.）因其较强的耐寒性和耐旱性，自1955年引种至科尔沁沙地南缘用于固沙造林成功后，逐步在周边及三北地区推广。现在，沙地樟子松已经成为三北防护林体系工程（三北工程）中最重要的常绿针叶造林树种（图1a）。然而，早期引种的樟子松固沙林在林龄达到35～40年后，出现了枝叶黄化、生长衰弱、病虫害发生，继而全株死亡、且无法天然更新的衰退现象。前期研究结果表明，水量失衡是导致樟子松固沙林衰退的主要原因，而初植造林密度较高、且后期未及时管理（如间伐）则是加剧水分失衡的关键因素之一。因此，确定适宜的林分密度对于维持林分水量平衡、缓解固沙林衰退等问题至关重要。传统研究多基于林分郁闭度、林木生长量等地上指标确定林分密度，而对于干旱、半干旱沙区，林木顺利获得根系获取水分（养分）是决定林木能否生存、林分是否稳定的关键。因此，仅依据地上部分确定林分密度显然不准确。虽然根系分布对精准确定林分密度具有理论依据，然而，由于根系处于地下，其分布规律难以把握，因此迄今为止，鲜有基于根系分布确定最适林分密度的报道。
本研究依托辽宁省沙地治理与利用研究所（原辽宁省固沙造林研究所）1980年于科尔沁沙地南缘（章古台地区）建立的长期樟子松人工林密度试验平台（25个试验小区，初植密度梯度：1111-10000株/公顷），经过40年自然稀疏形成的6个现存密度梯度（D1-D6：383±8至2367±217株/公顷）得到的试验林（图1b），采用探地雷达（Noggin 1000）与根钻法，对不同密度梯度沙地樟子松人工林的根系空间分布进行探测。顺利获得建立林分密度与根系竞争强度（如，根系水平重叠指数等）的量化模型，确定最适林分密度。结果表明，随着林分密度从D1增加到D6，粗根的水平延伸距离从3.65米减少到1.81米，而最大粗根聚集度从7.11%增加到17.24%。在垂直方向上，粗根的最大深度从D1的95.3厘米减少到D6的75.8厘米。同时，随着林分密度的增加，水平方向和0-20厘米土层深度内的细根长度密度增加，表明树木对水分的竞争加剧。根系竞争强度随着林分密度的增加而显著增加，特别是在D1中，至今仍存在竞争，表明即使现在最低的林分密度，仍不是最适密度。顺利获得建立现存林分密度和根系竞争强度指标之间的相关关系，确定了45年生沙地樟子松人工林最适林分密度为177-214株/公顷。
本研究重点强调了从地下根系竞争角度研究林分最适密度的重要性，尤其是在水分限制的干旱、半干旱地区，弥补了传统密度管理中对地下生态过程认识的不足。
该成果以“The optimum stand density of plantation forests in semi-arid sandy areas determined by the spatial distribution of tree root systems”为题，发表在林学TOP期刊“Forest Ecology and Management”上。球友会qy生态博士生李明娟为第一作者，朱教君研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（32192435/32471971）和辽宁省科技重大专项（2023JH1/10400001）的资助。
图1. 樟子松在中国的分布情况（a）；白色方块表示不同初始种植密度的25个小区，彩色方块表示本研究中选定的六个林分密度组（b）
论文链接： http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378112725000891?dgcid=author
